3. lecke. Az ABS

iDevice ikon A lecke célja
Az ABS felépítésének és működésének megismerése.

iDevice ikon Követelmények
A hallgató legyen képes
  • saját szavaival megfogalmazni, mi az ABS alkalmazásának indoka,
  • elmagyarázni, hogyan akadályozza meg az ABS-rendszer a féknyomás szabályozásán keresztül a kerék blokkolását,
  • ábra alapján elmagyarázni a passzív kerékfordulatszám-szenzor működését,
  • ábra alapján elmagyarázni a magnetorezisztív kerékfordulatszám-szenzor működését,
  • felsorolni az ABS-rendszer előnyeit és hátrányait.

iDevice ikon Időszükséglet
A tananyag elsajátításához körülbelül 60 percre lesz szüksége.

iDevice ikon Kulcsfogalmak
  • ABS,
  • passzív és aktív kerékfordulatszám-szenzor,
  • magnetorezisztív kerékfordulatszám érzékelő.

iDevice ikon 3.1 Bevezetés
A gépkocsi menetbiztonságáért felelős egyik szerv az ABS (anti-lock break system) vagyis a blokkolásgátló. A tervezés már a húszas években megkezdődött, igaz ez még mechanikus rendszerrel és nem volt megbízható, végül 1936-ban került bejegyzésre a szabadalma. Az elektronikus blokkolás gátló rendszert egy nagy létszámú mérnökcsapat fejlesztette és tesztelte. 1964-re elkészült az első generációs elektronikus blokkolásgátló rendszer, amelynek megbízhatósága még nem teljes.

1978-ban készült el a Bosch által sorozatgyártott ABS, a Mercedes-Benz és a BMW számára. Az első szériatartozékként a Mercedes-Benz S osztályú gépjárműveiben jelent meg 1985-ben. A szerkezet azóta gyorsabbá, precízebbé és könnyebbé vált, de már képes a fékerőt a kerekek között elosztani, és az ABS- re épül több, a menetbiztonságot javító rendszer, mint a kipörgés gátló és az ESP (Electronic Stability Program) is.

iDevice ikon 3.2 Az ABS feladata és működési elve
Tevékenység:
  • Fogalmazza meg, mi az ABS alkalmazásának indoka!
  • Magyarázza el, hogyan akadályozza meg a rendszer a féknyomás szabályozásán keresztül a kerék blokkolását!
A gépjármű tapadása nagyban meghatározza annak gyorsulási és lassulási képességét. Jó tapadásról akkor beszélünk, ha a gumi futófelületének szlip értéke zérus, azaz a gumiabroncs és az útfelület között nincs csúszás. Ebből következik, hogy a blokkolásig fékezett kerekekkel csúszó jármű hosszabb idő és hosszabb fékutat igényel a teljes megálláshoz. A blokkolásgátló megakadályozza a gépjármű megcsúszását erőteljes fékezés esetén. A forgó kerekekkel a jármű még irányítható.

Az ABS rendszer központi alkatrésze a hidraulikus egység (hidroaggregát), ami a fékfolyadék nyomását állítja elő. A gépjármű minden kerekénél, időnként a tengelyeken vagy a differenciálműben induktív forgó jeladó van elhelyezve, amelyek a kerekek szögsebességét mérik. A jeladók jeleit egy vezérlőegység dolgozza fel, amely a számítások végeredménye alapján tudja megfelelően vezérelni a féknyomás csökkentéséért felelős mágnesszelepeket. A szelepekhez pumpák kapcsolódnak, amelyek a féknyomás-csökkenés miatt feleslegessé vált fékolajat vezetik vissza a hidraulika rendszerbe.

Amennyiben fennáll valamelyik kerék blokkolásának veszélye, a rendszer mindaddig csökkenti a féknyomást az adott keréknél, míg megszűnik a kerék blokkolási tendenciája. Amennyiben a kerék újra szabadon elkezd forogni, a berendezés újra lehetővé teszi a féknyomás növelését. Ez a féknyomás szabályzás mindaddig tart, míg a vezető el nem engedi a fékpedált, vagy meg nem szűnik a kerék blokkolási hajlama. A szelepek folyamatos ki-be csukódásából adódik az is, hogy az ABS működése közben a fékpedál egyes modelleken erős pulzáló mozgást végez.

iDevice ikon 3.3 Az ABS szerkezeti felépítése
  1. fékpedál
  2. fékrásegítő
  3. főfékhenger
  4. kiegyenlítő tartály
  5. fékcső
  6. féktömlő
  7. kerékfék a munkahengerrel
  8. kerékfordulatszám-érzékelő
  9. ABS hidraulikus egysége
  10. ABS elektronika
  11. Műszerfali ABS ellenőrző lámpa



1. ábra

iDevice ikon 3.4 Az ABS részegységei
Kerékfordulatszám-szenzor

A mai gépjárművekben a keréksebességeket fogazott tárcsák és indukciós jeladók segítségével méri a rendszer. A kerekek forgásakor az indukciós jeladók impulzussorozatokat hoznak létre, melyet a központi vezérlőegység (ECU) dolgoz fel.

Tevékenység:

a 2. és 3. ábra alapján magyarázza el a passzív kerékfordulatszám-szenzor működési elvét!


Passzív kerékfordulatszám-szenzor
A passzív elnevezés onnan ered, hogy a működésükhöz nincs szükség tápfeszültségre. Ilyen például az induktív jeladó.



2. ábra

A jeladó felépítése: a kerékfordulatszám-szenzorok közvetlenül a kerékaggyal vagy a hajtótengellyel összekötött impulzuskerék felett találhatók, amelynek fogai mágnesezettek. Forgás közben az érzékelő elé váltakozva fogárok, illetve fog kerül, amely váltakozása megváltoztatja a póluscsapon és a tekercselésen áthaladó mágneses fluxust. Ez a változó mágneses mező a tekercsben mérhető szinuszosan váltakozó feszültséget indukál, aminek frekvenciája arányos a forgási sebességgel (3. ábra). Ezt a szinusz-feszültséget még át kell alakítani négyszögjellé, mert az elektronika, csak négyszögjelet tud feldolgozni.



3. ábra

Az induktív érzékelő hátrányai:
  • A kerékre ható hírtelen nyomaték, a ki és berugózás, a kerékcsapágy kopása miatt változik a hézag a póluskerék és a szenzor között.
  • A póluskerék osztása alapvetően befolyásolja az elektronikába bemenő jel pontosságát.
  • Kis hézag szükséges a póluskerék és a szenzor között.
  • Sebességfüggő jelképzés
Tevékenység:

a 4. és 5. ábra alapján magyarázza el a magnetorezisztív kerékfordulatszám-szenzor működési elvét!


Aktív kerékfordulatszám-szenzor
Működésük Hall IC-s, illetve magnetorezisztív elven alapuló érzékelőket alkalmaznak. Az aktív kerékfordulatszám érzékelőknek tápfeszültségre van szükségük.

Hall IC-s kerékfordulatszám érzékelő: a jelképzés alapelve a Hall effektus. Ha a vezető közelében periódikusan változik a mágneses tér, akkor azzal arányosan változik a feszültség. Ezt a feszültség jelet erősítve és jelátalakítóval már alkalmassá teszik az ABS és más menetdinamikai szabályzó elektronikák működtetéséhez szükséges bemeneti információként.

Magnetorezisztív kerékfordulatszám érzékelő
A magentorezisztív érzékelőbe négy ellenállást építenek be, melyeket Wheatstone híd kapcsolásként csatolnak egymáshoz és a kiértékelő elektronikához (4. ábra). A magnetorezisztív ellenállások a mágneses tér hatására változtatják az ellenállásukat. A jelek erősítését és négyszögjellé alakítását komparátorok végzik, amik az érzékelőben találhatóak.



4. ábra

Működés közben a kerékkel együtt változó polaritású mágnesek mozdulnak el. Általában ezek a mágneses kódok a csapágytömítő gyűrűjén helyezkednek el. (5. ábra.)



5. ábra


A jelátalakító egység az aktív érzékelőben található, így négyszögjelet adnak ki, melyet közvetlen az elektronikába vezetnek, ahol feldolgozásra kerülnek. Ezeket a jeleket a gépkocsi sebességének, kerék szögesességének, csúszásának meghatározására használják. A négyszögjel alsó (Low) szintje 0V-nál nagyobb értékű, hogy az elektronika különbséget tudjon tenni a vezetékszakadás és álló kerék között.

Előnyei:
  • kompakt felépítésűek, így kisebb a helyigényük,
  • határsebesség 0km/h,
  • működését nem befolyásolja a megnövekedett távolság az érzékelő és a kódolt tárcsa között,
  • az általuk szolgáltatott adatok sokkal pontosabbak, mint a passzív jeladóké,
  • A forgásirány és a pillanatnyi szöghelyzet is meghatározható
  • a pontos adatokat hasznosítani tudják más rendszerek is, pl: GPS, visszagurulás-gátlók,
Lassulás érzékelő
Az összkerékhajtású személygépkocsik ABS rendszereit bizonyos esetekben lassulásérzékelőkkel is ellátják. Erre azért van szükség, mert a kerekek egymással és a motorral is mechanikus kapcsolatban vannak. Az egyik kerék után nagyon hamar megcsúszhat a másik is. A lassulásérzékelő átállítja az elektronika beavatkozási küszöbértékét a gépkocsi lassulása, tehát közvetetten az útfelület tapadási tényezője alapján. A lassulásérzékelőket a menetiránynak megfelelően, a gyárilag megadott helyzetben kell beszerelni.

iDevice ikon 3.5 Blokkolásgátló fékrendszer előnyei és hátrányai
Tevékenység:

jegyezze meg a blokkolásgátló fékrendszer előnyeit és hátrányait!


Előnyök

  • Az esetek többségében csökkentheti a fékutat.
  • Vészfékezés közben irányíthatóságot biztosít a forgó kerekek miatt.
  • A lehető legnagyobb fékhatással lassítja a járművet.
  • A pótkocsis szerelvények nem csuklanak be.
Hátrányok
Az ABS növeli a fékutat a következő útfelületeken:
  • kockaköves út: amint a kerék az egyik kőről a másikra lép át, egy pillanatra a levegőbe kerül ahol állóra fékeződik. Ilyenkor az ABS teljesen elveszi a fékerőt, cserébe viszont amint a kerék ismét a kőhöz ér, nem fog blokkolni, így megmarad az irányíthatóság. A fékút ebben az esetben azonban megnő!
  • frissen esett hó: ebben az esetben a blokkoló fékezés az első kerekek előtt egy hókupacot hoz létre (mint egy ék), ami segíti az autó lassulását. ABS-szel szerelt jármű esetén nem keletkezik a kerekek előtt hókupac, így hosszabb lesz a fékút.
  • sáros, iszapos, homokos, vagy kavicsos útszakasz: ilyenkor az ABS megzavarodik, folyamatosan leszabályoz, nehézkes lesz az autó irányítása, és nagyon nagymértékben nőhet a fékút.



6. ábra

Az ábrán a tapadási tényező és a kerékcsúszás összefüggése látható, különböző talajtípusoknál. Megfigyelhető, hogy a friss hó és a kavicsos útnál a tapadási tényező kisebb növekvése figyelhető meg teljes kerékcsúszáskor. Ez a növekvés az álló kerék előtt torlódó hó vagy kavics ékszerű működése miatt következik be. Az ABS szabályozási tartományát a kék színű területek jelzik. Az ABS-rendszer próbál a körülményekhez megfelelően maximális tapadási tényezőt és a legkisebb kerékcsúszást társítani. A fékerőnek az ABS szabályozási tartományán túli növelése azt jelenti, hogy a kerék túlfékezetté válik, így megcsúszik.

iDevice ikon 3.6 Vészfékezés blokkolásgátló rendszerrel
A vészfékezést mindig hirtelen, rúgásszerű lábmozdulattal kell indítani. A fék lenyomásával egy időben történjen meg a kuplung lenyomása is, ugyanis egy tárcsafék 3 tized másodperc alatt blokkolja a kereket, majd 5 tizeden belül leáll a motor. Motor nélkül pedig nincs szervokormány, fékrásegítés és ABS. A fékpedált erősen, folyamatosan kell nyomni. Ilyenkor a pedál ugrálhat, remeghet a lábunk alatt, illetve kattogó, kerregő hangot adhat. Ilyenkor sem szabad felengedni, sőt ha lehet, még erősebben kell taposni. ABS-szel szerelt járművekben nem szabad alkalmazni a korábban tanított, úgynevezett pumpáló fékezést, ugyanis ez a módszer összezavarja a központi egységet!

iDevice ikon Önellenőrző kérdések
1. Fogalmazza meg, mi az ABS alkalmazásának indoka!

iDevice ikon
2. Magyarázza el, hogyan akadályozza meg az ABS-rendszer a féknyomás szabályozásán keresztül a kerék blokkolását!

iDevice ikon
3. Az alábbi ábra alapján magyarázza el a passzív kerékfordulatszám-szenzor működését!



iDevice ikon
4. Az alábbi ábra alapján magyarázza el a magnetorezisztív kerékfordulatszám-szenzor működését!



iDevice ikon
5. Sorolja fel az ABS-rendszer előnyeit és hátrányait!